海洋平台相似模型振动控制实验研究

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海洋平台是海洋资源开发的基础性设施,其所处的环境恶劣,经常会受到风、浪、流甚至是冰、地震荷载的联合作用。这种长期性的作用会造成海洋平台的振动,从而会加剧平台的疲劳破坏,降低系统的可靠度,给生产和生活带来诸多不利影响。海洋平台结构受到外界激励会产生振动,有害的振动会影响工作人员的健康,使设备和仪器不能正常使用并且会降低结构的使用性能,严重的会导致平台结构的损坏,造成平台倒塌的灾难。因此海洋平台的振动控制问题已引起海洋工程界的极大关注,成为技术人员研究的热门课题。本文结合国家自然科学基金项目,对海洋平台相似模型振动控制进行了实验研究,主要内容包括以下几个方面。第一,以海洋平台相似模型为基础,使用ANSYS软件建立有限元模型,对平台模型进行力学分析,得出了平台的模态频率、质量和振型,为振动控制装置设计提供了基础数据。第二,根据二自由度系统简化模型,分析了ETMD减振系统的减振原理,得出了平台的动力放大系数。并以动力放大系数为研究对象,分析了ETMD减振系统各个参数对振动控制效果的影响,运用Matlab软件进行了参数分析。第三,根据海洋平台相似模型振动控制的要求,设计了两种减振装置,分别用于垂直方向的振动控制和水平方向的振动控制,并阐述了其工作原理。第四,对海洋平台相似模型进行动力响应分析,研究了平台模型在地震载荷和波浪载荷作用下,平台模型的振动响应情况。为了研究振动控制装置对平台模型的振动控制效果,将设计好的垂直减振装置和水平减振装置放置在平台模型的顶端,分析了在随机波浪载荷、地震波载荷以及正弦波载荷作用下,平台模型的振动控制效果,并根据平台减振效果,得出了振动控制装置各个参数的最优区间。第五,进行了平台相似模型振动实验,将设计好的水平减振器放置在平台模型振动最大的部位,考虑到模型的几个测点较少,为了测量的准确性和精度,实验采用了单输入单输出的测量方法。采用激振器产生的正弦载荷进行水平激振,用AZ208R采集箱进行数据方面的采集,通过CRAS V6.2的Adcras数据采集分析系统进行数据分析,获得模型各测点的加速度、速度和位移响应曲线。第六,分析了平台模型在有无振动控制装置时,平台模型的振动响应情况。通过实验研究发现,平台模型减振效果良好,同时研究了减振系统的质量比与平台的振动响应关系。将相似模型的振动控制实验数据和仿真数据进行对比分析,能较好的吻合,并且对平台相似模型振动控制实验中数据存在的误差进行了分析。总之,理论分析、仿真分析和实验研究表明,设计的振动控制装置对平台模型具有良好的振动控制效果。
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